So soll der Nasa-Rover „Perseverance“ auf der Oberfläche des Mars agieren.
Illustration: NASA/JPL-Caltech

Wenn am 30. Juli im amerikanischen Cape Canaveral eine Atlas-V-Rakete in den Himmel steigt, führt sie eine wertvolle Fracht mit sich: den gut zwei Milliarden Euro teuren Mars-Rover „Perseverance“, übersetzt: Beharrlichkeit oder Ausdauer. Seine Mission hat es in sich: Der Roboter soll Gesteinsproben auf der Oberfläche deponieren, die später eine andere Sonde zur Erde holt. Außerdem wird ein Instrument erstmals Sauerstoff aus der Atmosphäre gewinnen und ein Hubschrauber die Umgebung erkunden. Im Fokus von „Perseverance“ stehen die Klimageschichte unseres Nachbarplaneten und die Suche nach Spuren ehemaligen Lebens.

Grafik: BLZ/Galanty; Quelle: Nasa, dpa

Nach einer Reise von rund 500 Millionen Kilometern erfolgt am 18. Februar 2021 die Landung, deren letzte Phase die Nasa-Fachleute als sieben Minuten des Terrors bezeichnen. In dieser kurzen Zeitspanne muss das Raumschiff vollautomatisch von 21.000 Kilometern pro Stunde auf null abbremsen. Zunächst bewahrt ein Hitzeschutzschild die Sonde beim Eintritt in die dünne Atmosphäre vor dem Verglühen. In etwa elf Kilometern Höhe öffnet sich ein Fallschirm, der in zwei Kilometern Höhe abgetrennt wird. In dieser Phase steuert die Sonde bereits aktiv ihren Landeplatz an, wobei der Bordcomputer sich an einer topographischen Karte orientiert – ein Verfahren, das auf der Erde erstmals bei Cruise-Missile-Raketen zum Einsatz kam.

Nun kommt der riskanteste Teil des Abstiegs, der schon vor acht Jahren bei dem Mars-Rover „Curiosity“ (Neugier) funktioniert hat. Das eine Tonne schwere Fahrzeug hängt im Innern an einer Art Kran, Sky Crane genannt, der von Rückstoßraketen gebremst langsam nach unten sinkt. In 20 Meter Höhe bleibt er stehen und lässt den Rover an einer Seilwinde herab. Nach dem Aufsetzen wird das Seil durchtrennt, der Sky Crane steigt auf und stürzt nach dem Ausbrennen der Tanks in sicherer Entfernung ab. Diese Methode ermöglicht eine genaue Landung in einem möglicherweise felsigen Gelände.

Grafik: BLZ/Galanty; Quelle: Nasa, dpa

Als Zielgebiet haben Wissenschaftler den Krater Jezero ausgewählt. Dieses bei 18 Grad nördlicher Breite gelegene Einschlagsbecken mit knapp 50 Kilometern Durchmesser weist einige interessante Besonderheiten auf. So sind an den Rändern zwei fächerförmige Strukturen erkennbar, die wie Flussdeltas aussehen. Außerdem ließen sich dort mit Sonden aus der Mars-Umlaufbahn bereits Karbonate nachweisen, die unter Einwirken von flüssigem Wasser entstanden sein können. Es deutet also einiges darauf hin, dass der Jezero-Krater einstmals, als der Planet noch von einer dichten Atmosphäre umgeben war und moderate Temperaturen herrschten, einen See enthielt, der von zwei Zuflüssen gespeist wurde. Diese lagerten an den Talmündungen ein Sedimentdelta ab.

Nahe dem westlichen Jezero-Delta, das „Perseverance“ erkunden soll, befindet sich eine Karbonatregion, die vor etwa 3,8 Milliarden Jahren entstanden ist. Ein Team um Briony Horgan von der Purdue University in West Lafayette, USA, verglich dieses Gebiet am Innenrand des Kraterwalls mit einer Region in West-Australien, wo es 3,4 Milliarden Jahre alte Stromatolithen untersucht hat. Das sind geschichtete Sedimentgesteine, die durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen wie Algen in einem Gewässer entstanden sind: „In Jezero könnte ebenfalls ein langlebiges und bewohnbares Seensystem bestanden haben“, folgern Horgan und Kollegen. Dieser Vermutung soll „Perseverance“ nachgehen.

Der Sky Crane lässt den Rover auf den Mars herab.
Illustration: NASA/JPL-Caltech

Das Fahrzeug von der Größe eines Kleinwagens verfügt über mehrere Analysewerkzeuge. Das Gerät „Sherloc“ zum Beispiel schießt aus wenigen Zentimetern Abstand einen Laserstrahl auf einen Stein und kann aus dem zurückgestreuten Licht dessen Zusammensetzung messen und nach organischen Substanzen suchen. Mit einer Lupe namens „Watson“ erkennt es sehr kleine Details. Ähnlich funktioniert ein Instrument namens Supercam. Es kann Material analysieren, das bis zu sieben Meter weit entfernt und für den Roboterarm des Rovers eventuell nicht erreichbar ist. Neu ist zudem ein von norwegischen Wissenschaftlern beigesteuertes Radar, das geologische Schichten bis in mehrere Meter Tiefe erkunden kann. Spannend wäre natürlich der Fund von Wasser. Getestet haben Svein-Erik Hamran von der Universität Oslo und Kollegen das Gerät in der Arktis und Antarktis.

Der Jezero-Krater auf der nördlichen Halbkugel des Mars ist das Landegebiet. Er könnte einst einen See mit Zuflüssen gewesen sein.
Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL

Obwohl die Analysegeräte an Bord der Mars-Rover immer besser geworden sind, träumen Forscher davon, auch Gestein im Labor auf der Erde zu haben. Einer solchen Sample-Return-Missionen fiebern sie schon lange entgegen. Nun soll sie Wirklichkeit werden. „Perseverance“ wird auf seinem Weg durch das mutmaßliche ehemalige Flussdelta nicht nur Gestein analysieren, sondern auch Proben in Behältern von der Größe eines Reagenzglases verpacken und auf der Oberfläche ablegen. Die Abholung wird indes kompliziert.

Nach derzeitiger Planung startet 2026 eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation Esa, um die Proben einzusammeln. Nach der Landung im Jahr 2028 wird der Rover sechs Monate lang etwa 15 Kilometer zurücklegen, um die insgesamt etwa 36 Proben zu finden und einzusammeln. Dann bringt er sie zum Landefahrzeug zurück, und das startet in eine Umlaufbahn um den Mars. Eine weitere Sonde, die bereits zuvor dort hingeschickt worden sein muss, nimmt die Proben auf und fliegt damit zur Erde zurück. Für diese Mission sind also zwei Raketenflüge nötig: einer für den Rover und ein anderer für die Rückholsonde. Läuft alles nach Plan, könnten Forscher 2031 endlich Mars-Gestein nach allen Regeln der Kunst untersuchen. „Dann werden sicherlich auch deutsche Wissenschaftler an der Analyse beteiligt“, hofft der Mars-Forscher Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin-Adlershof.

Grafik: BLZ/Galanty; Quelle: Nasa, dpa

Der Rover wird derzeit von Airbus in Stevenage, Großbritannien entwickelt. Es steht zu hoffen, dass dieses ehrgeizige Projekt besser läuft als der europäische Rover „Rosalind Franklin“. Dessen Bau verzögert sich schon seit Jahren. Jetzt musste der Start erneut abgesagt und um zwei Jahre verschoben werden. Erst traten technische Probleme auf, dann besorgten die Corona-Einschränkungen den Rest.

Neuland betritt die Nasa mit einem Technologie-Experiment namens „Moxie“, das auf eine bemannte Mars-Mission ausgerichtet ist. Das Gerät soll nach einem elektrochemischen Verfahren aus dem Kohlendioxid der Atmosphäre Sauerstoff gewinnen.

Der kleine Helikopter „Ingenuity“, der vom Rover aufsteigen und die Umgebung erkunden soll.
Foto: NASA/JPL-Caltech

Eine weitere spektakuläre Neuerung hat „Perseverance“ noch an Bord: einen zwei Kilogramm schweren Hubschrauber. Etwa zwei Monate nach der Landung soll „Ingenuity“ (Einfallsreichtum) aufsteigen und autonom die Umgebung erkunden. Für wissenschaftliche Instrumente war kein Platz mehr in dem nicht einmal schuhkartongroßen Körper, aber eine Kamera wird Bilder übertragen. Da der Atmosphärendruck gerade einmal ein halbes Prozent des irdischen beträgt, müssen sich die zwei gegensinnig drehenden Rotorblätter bis zu zehnmal schneller bewegen als bei einem irdischen Hubschrauber.

Mindestens zwei Jahre lang soll „Perseverance“ arbeiten. Der Radioisotopen-Generator liefert aber bis zu 14 Jahre lang Strom. Dass die Technik hierfür robust genug ist, beweist der Rover „Curiosity“. Er arbeitet bereits seit acht Jahren unermüdlich und wird weiter den Mars erkunden.